CN102266767B - 纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于光催化水处理的可见光响应的纳米复合催化剂的制备方法。纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂的制备方法,其特征在于它包括如下步骤:1)配制柠檬酸溶液;配制(NH4)6W7O24溶液;称取Bi(NO3)3·5H2O,加入上述制备好的柠檬酸溶液中,在恒温下搅拌,形成白色沉淀;将乙二胺四乙酸-氨溶液滴加入上述含有白色沉淀的溶液中,加入(NH4)6W7O24溶液,搅拌,形成前驱体溶液;2)配制钠基累托石悬浊液;3)将上述前驱体溶液逐滴加入到上述钠基累托石悬浊液中后,搅拌,干燥;4)焦化,冷却后研磨;焙烧,得到可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂。该制备方法成本低廉,简单易行,易于控制;制备的复合催化剂具有吸附性强,可见光活性高等特点。

Description

纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于光催化水处理的可见光响应的纳米复合催化剂的制备方法,属于纳米材料和环境净化领域。
背景技术
近年来,随着当前环境污染问题的日益严重及人们对环境保护意识的增强,光催化材料成为催化科学研究的热点。其中,TiO2半导体光催化剂因其化学性质稳定、氧化性强、难溶、无毒、成本低等特点而倍受关注。然而,由于TiO2对激发光能量的要求较高(<380nm),以及较宽的能隙(Eg=3.0-3.2eV)决定了其吸光阂值只限于紫外区,因而对太阳光利用率低,进一步限制了其实际应用。为了提高太阳光的利用率,一方面,人们提出了染料敏化,贵金属掺杂以及半导体-半导体掺杂等方法对TiO2进行改性以提高TiO2的光响应;另一方面,也积极研发新型光催化剂以解决此问题。目前,人们已开发出一些可见光响应良好的催化剂,其中,Bi2WO6就是一种最简单的Aurivillius型氧化物(n=1),因其具有独特的铁电压电性能、非线性电介质磁化系数等和发光性能受到人们广泛的关注。最近,Bi2WO6在可见光区很强的光吸收性能已在对有机物的光催化降解实验中得到了验证,引起了广大学者的青眯。然而,目前关于Bi2WO6光催化技术的研究,大多局限于Bi2WO6的粉末悬浮体系对污染物的降解,从而不能解决废水处理过程中纳米Bi2WO6粉末存在的比表面积小,易凝聚,易失活,利用效率低,分离回收困难等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂的制备方法,该制备方法成本低廉,简单易行,易于控制;制备的复合催化剂具有吸附性强,可见光活性高的特点。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是,一种可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂的制备方法,其特征在于它包括如下步骤:
1)按柠檬酸∶去离子水=5.6738g∶300mL,称取柠檬酸,溶于去离子水中,配制成柠檬酸溶液,备用;
按柠檬酸∶(NH4)6W7O24·6H2O=5.6738g∶0.8086g,称取(NH4)6W7O24·6H2O,按(NH4)6W7O24·6H2O∶去离子水=0.8086g∶390mL,将(NH4)6W7O24·6H2O溶于去离子水中,配制成(NH4)6W7O24溶液,备用;
按柠檬酸∶Bi(NO3)3·5H2O=5.6738g∶2.9104g[即Bi(NO3)3·5H2O中Bi离子与柠檬酸的摩尔比为1∶3],称取Bi(NO3)3·5H2O,加入上述制备好的柠檬酸溶液中,然后在80℃恒温下搅拌,形成白色沉淀,得到含有白色沉淀的溶液;
按柠檬酸∶乙二胺四乙酸=5.6738g∶5.2604g[即按乙二胺四乙酸与柠檬酸的摩尔比为2∶3],称取乙二胺四乙酸;按乙二胺四乙酸∶氨水=5.2604g∶50mL,将乙二胺四乙酸溶于50mL的氨水中配制成乙二胺四乙酸-氨溶液,将乙二胺四乙酸-氨溶液滴加入上述含有白色沉淀的溶液中,然后,继续加入上述制备好的(NH4)6W7O24溶液,搅拌,形成前驱体溶液;
2)按Bi(NO3)3·5H2O∶钠基累托石=2.9104g∶10-15g[即按Bi(NO3)3·5H2O中Bi离子∶钠基累托石=10-20mmol∶1g],称取钠基累托石,加去离子水,配制4wt%的悬浊液,超声分散20min后于常温下搅拌3h,得到钠基累托石悬浊液,备用;
3)将上述前驱体溶液逐滴加入到上述钠基累托石悬浊液中后,于80℃恒温下搅拌,干燥,得到干燥物;
4)将上述干燥物于350℃焦化,冷却后研磨;然后于350-500℃焙烧4h,得到可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂。
步骤3)所述干燥时间为5h。
步骤4)所述焦化时间为2h。
本发明的有益效果是:
1)本发明的制备方法中,用Bi2WO6复合累托石,提高了半导体Bi2WO6的吸附性能。把Bi2WO6纳米颗粒复合在累托石的层间和表面,利用累托石的吸附性吸附有机污染物,及其层间或表面的Bi2WO6颗粒的光催化活性降解有机污染分子,达到彻底去除有机污染物的目的。
2)该方法所制备的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂具有可见光活性高,吸附性强等特点。纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂在波长λ≥420nm的可见光下照射2h条件后,直接大红的降解率为89-98%。
3)该制备方法中,以储量丰富、价格低廉的累托石作为载体,制备纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂,改善了在废水处理过程中纳米Bi2WO6粉末存在的比表面积小,分离回收困难等问题。
4)该制备方法具有成本低廉,简单易行,易于控制,节约资源等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1得到的可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂的XRD图。
图2为本发明实施例1得到的可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂对染料直接大红的降解效果图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合实例进一步阐明本发明的内容,但本发明的内容不仅仅局限于下面的实例。
实施例1:
一种可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂的制备方法,它包括如下步骤:
1)称取5.6738g柠檬酸,溶于300mL的去离子水中,配制成柠檬酸溶液,备用;称取0.8086g的(NH4)6W7O24·6H2O,溶于390mL去离子水中,配制成(NH4)6W7O24溶液,备用;称取2.9104g的Bi(NO3)3·5H2O(Bi离子与柠檬酸的摩尔比为1∶3),加入上述制备好的柠檬酸溶液中,然后在80℃恒温下搅拌,形成白色沉淀,得到含有白色沉淀的溶液;量取50mL乙二胺四乙酸-氨溶液(称取5.2604g乙二胺四乙酸溶于50mL的氨水中;乙二胺四乙酸与柠檬酸的摩尔比为2∶3),缓慢滴加入上述含有白色沉淀的溶液中,然后,继续缓慢加入上述制备好的(NH4)6W7O24溶液,搅拌,形成前驱体溶液。
2)称取10g钠基累托石,加去离子水,配制成4wt%的悬浊液,超声分散20min后于常温下搅拌3h,得到钠基累托石悬浊液,备用。
3)将上述前驱体溶液逐滴加入到上述钠基累托石悬浊液中后,于80℃恒温下搅拌,干燥5h,得到干燥物。
4)将上述干燥物于350℃焦化2h,冷却后研磨。于450℃焙烧4h,得到可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂。
可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂的XRD图谱(如图1所示)说明纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂由Bi2WO6和累托石组成。
将本实施例所制备的可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂用于降解直接大红溶液(30mg/L),催化剂投加量为1.5g/L,实验中采用300W镝灯作为光源,照射光的波长λ≥420nm,光催化反应2h后,约98%的直接大红被降解(如图2所示)。同时,本实施例所制备的可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂显示了较强的吸附性,在无光照射的条件下搅拌溶液和催化剂,就有约28%的直接大红被催化剂吸附。说明该方法制备的可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂具有较强的吸附性和很高的可见光光催化活性。
实施例2:
一种可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂的制备方法,它包括如下步骤:
1)称取5.6738g柠檬酸,溶于300mL的去离子水中,配制成柠檬酸溶液,备用;称取0.8086g的(NH4)6W7O24·6H2O,溶于390mL的去离子水中,配制成(NH4)6W7O24溶液,备用;称取2.9104g的Bi(NO3)3·5H2O(Bi离子与柠檬酸的摩尔比为1∶3),加入上述制备好的柠檬酸溶液中,然后在80℃恒温下搅拌,形成白色沉淀,得到含有白色沉淀的溶液;量取50mL乙二胺四乙酸-氨溶液(称取5.2604g乙二胺四乙酸溶于50mL的氨水中;乙二胺四乙酸与柠檬酸的摩尔比为2∶3),缓慢滴加入上述含有白色沉淀的溶液中,然后,缓慢继续加入上述制备好的(NH4)6W7O24溶液,搅拌,形成前驱体溶液。
2)称取15g钠基累托石,加去离子水,配制成4wt%的悬浊液,超声分散20min后于常温下搅拌3h,得到钠基累托石悬浊液,备用。
3)将上述前驱体溶液逐滴加入到上述钠基累托石悬浊液中后,于80℃恒温下搅拌,干燥5h,得到干燥物。
4)将上述干燥物于350℃焦化2h,冷却后研磨。于450℃焙烧4h,得到可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂。
该实例制备的可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂在降解直接大红溶液(30mg/L)的实验中,催化剂投加量为1.5g/L,采用300W镝灯作为光源,照射光的波长λ≥420nm,2h后直接大红降解率约99%。说明该方法制备的可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂具有很高的可见光光催化活性。
实施例3:
一种可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂的制备方法,它包括如下步骤:
1)称取5.6738g柠檬酸,溶于300mL的去离子水中,配制成柠檬酸溶液,备用;称取0.8086g的(NH4)6W7O24·6H2O,溶于390mL的去离子水中,配制成(NH4)6W7O24溶液,备用;称取2.9104g的Bi(NO3)3·5H2O(Bi离子与柠檬酸的摩尔比为1∶3),加入上述制备好的柠檬酸溶液中,然后在80℃恒温下搅拌,形成白色沉淀,得到含有白色沉淀的溶液;量取50mL乙二胺四乙酸-氨溶液(称取5.2604g乙二胺四乙酸溶于50mL的氨水中;乙二胺四乙酸与柠檬酸的摩尔比为2∶3),缓慢滴加入上述含有白色沉淀的溶液中,然后,缓慢继续加入上述制备好的(NH4)6W7O24溶液,搅拌,形成前驱体溶液。
2)称取10g钠基累托石,加去离子水,配制成4wt%的悬浊液,超声分散20min后于常温下搅拌3h,得到钠基累托石悬浊液,备用。
3)将上述前驱体溶液逐滴加入到上述钠基累托石悬浊液中后,于80℃恒温下搅拌,干燥5h,得到干燥物。
4)将上述干燥物于350℃焦化2h,冷却后研磨。于350℃焙烧4h,得到可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂。
该实例制备的可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂在降解直接大红溶液(30mg/L)的实验中,催化剂投加量为1.5g/L,采用300W镝灯作为光源,照射光的波长λ≥420nm,2h后直接大红的降解率约89%。说明该方法制备的可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂具有很高的可见光光催化活性。
实施例4:
一种可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂的制备方法,它包括如下步骤:
1)称取5.6738g柠檬酸,溶于300mL的去离子水中,配制成柠檬酸溶液,备用;称取0.8086g的(NH4)6W7O24·6H2O,溶于390mL的去离子水中,配制成(NH4)6W7O24溶液,备用;称取2.9104g的Bi(NO3)3·5H2O(Bi离子与柠檬酸的摩尔比为1∶3),加入上述制备好的柠檬酸溶液中,然后在80℃恒温下搅拌,形成白色沉淀,得到含有白色沉淀的溶液;量取50mL乙二胺四乙酸-氨溶液(称取5.2604g乙二胺四乙酸溶于50mL的氨水中;乙二胺四乙酸与柠檬酸的摩尔比为2∶3),缓慢滴加入上述含有白色沉淀的溶液中,然后,缓慢继续加入上述制备好的(NH4)6W7O24溶液,搅拌,形成前驱体溶液。
2)称取10g钠基累托石,加去离子水,配制成4wt%的悬浊液,超声分散20min后于常温下搅拌3h,得到钠基累托石悬浊液,备用。
3)将上述前驱体溶液逐滴加入到上述钠基累托石悬浊液中后,于80℃恒温下搅拌,干燥5h,得到干燥物。
4)将上述干燥物于350℃焦化2h,冷却后研磨。于400℃焙烧4h,得到可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂。
该实例制备的可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂在降解直接大红溶液(30mg/L)的实验中,催化剂投加量为1.5g/L,采用300W镝灯作为光源,照射光的波长λ≥420nm,2h后直接大红的降解率约96%。说明该方法制备的可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂具有很高的可见光光催化活性。
实施例5:
一种可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂的制备方法,它包括如下步骤:
1)称取5.6738g柠檬酸,溶于300mL的去离子水中,配制成柠檬酸溶液,备用;称取0.8086g的(NH4)6W7O24·6H2O,溶于390mL的去离子水中,配制成(NH4)6W7O24溶液,备用;称取2.9104g的Bi(NO3)3·5H2O(Bi离子与柠檬酸的摩尔比为1∶3),加入上述制备好的柠檬酸溶液中,然后在80℃恒温下搅拌,形成白色沉淀,得到含有白色沉淀的溶液;量取50mL乙二胺四乙酸-氨溶液(称取5.2604g乙二胺四乙酸溶于50mL的氨水中;乙二胺四乙酸与柠檬酸的摩尔比为2∶3),缓慢滴加入上述含有白色沉淀的溶液中,然后,缓慢继续加入上述制备好的(NH4)6W7O24溶液,搅拌,形成前驱体溶液。
2)称取10g钠基累托石,加去离子水,配制成4wt%的悬浊液,超声分散20min后于常温下搅拌3h,得到钠基累托石悬浊液,备用。
3)将上述前驱体溶液逐滴加入到上述钠基累托石悬浊液中后,于80℃恒温下搅拌,干燥5h,得到干燥物。
4)将上述干燥物于350℃焦化2h,冷却后研磨。于500℃焙烧4h,得到可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂。
该实例制备的可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂在降解直接大红溶液(30mg/L)的实验中,催化剂投加量为1.5g/L,采用300W镝灯作为光源,照射光的波长λ≥420nm,2h的降解率约95%。说明该方法制备的可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂具有很高的可见光光催化活性。

Claims (2)

1.一种可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂的制备方法,其特征在于它包括如下步骤:
1)按柠檬酸﹕去离子水=5.6738g﹕300mL,称取柠檬酸,溶于去离子水中,配制成柠檬酸溶液,备用; 
按柠檬酸﹕(NH4)6W7O24·6H2O=5.6738g﹕0.8086g,称取(NH4)6W7O24·6H2O,按(NH4)6W7O24·6H2O﹕去离子水=0.8086g﹕390mL,将(NH4)6W7O24·6H2O溶于去离子水中,配制成(NH4)6W7O24溶液,备用;
按柠檬酸﹕Bi(NO3)3·5H2O=5.6738g﹕2.9104g,称取Bi(NO3)3·5H2O,加入上述制备好的柠檬酸溶液中,然后在80℃恒温下搅拌,形成白色沉淀,得到含有白色沉淀的溶液;
按柠檬酸﹕乙二胺四乙酸=5.6738g﹕5.2604g,称取乙二胺四乙酸;按乙二胺四乙酸﹕氨水=5.2604g﹕50mL,将乙二胺四乙酸溶于50mL的氨水中配制成乙二胺四乙酸-氨溶液,将乙二胺四乙酸-氨溶液滴加入上述含有白色沉淀的溶液中,然后,继续加入上述制备好的(NH4)6W7O24溶液,搅拌,形成前驱体溶液;
2)按Bi(NO3)3·5H2O﹕钠基累托石=2.9104g﹕10-15g,称取钠基累托石,加去离子水,配制4wt%的悬浊液,超声分散20min后于常温下搅拌3h,得到钠基累托石悬浊液,备用;
3)将上述前驱体溶液逐滴加入到上述钠基累托石悬浊液中后,于80℃恒温下搅拌,干燥,得到干燥物;
4)将上述干燥物于350℃焦化,所述焦化时间为2h;冷却后研磨;然后于350-500℃焙烧4h,得到可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种可见光响应的纳米Bi2WO6/累托石复合催化剂的制备方法,其特征在于:步骤3)所述干燥时间为5h。
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